WO2020233937A1 - Device and method for controlling the current of an actuator - Google Patents

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WO2020233937A1
WO2020233937A1 PCT/EP2020/061297 EP2020061297W WO2020233937A1 WO 2020233937 A1 WO2020233937 A1 WO 2020233937A1 EP 2020061297 W EP2020061297 W EP 2020061297W WO 2020233937 A1 WO2020233937 A1 WO 2020233937A1
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current
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control
actuator
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Michael BELLING
Christian Kaufmann
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Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for current control of an actuator and in particular to a circuit for
  • actuators are controlled by electronic control devices using voltage control (dU / dt).
  • a current control (I) is also possible, but this is relatively expensive or complex compared to voltage control, since additional electrical circuits are used for this.
  • the regulation via the current can take place via intelligent output stages with integrated current measurement (imprecise) or by means of a downstream electrical circuit for measuring the current current.
  • a simple current measurement via a shunt on the voltage side is sufficient, since the actuator is controlled via a line and the reference potential is defined in the control unit.
  • Fig. 5 shows a conventional device for current control, as it is already known in the prior art. This is a so-called one-system current measurement, as only one control device is used for control.
  • the device comprises a control unit 500 which is supplied with electrical current from a voltage source 150.
  • the control device 500 comprises a first terminal 510 and a second terminal 520 between which an actuator 10 is connected.
  • the current I1 flows, for example, from the first terminal 510 into the actuator 10 and a return current I2 through the second terminal 520 back into the control device 500.
  • the first terminal 510 is connected to the voltage source 150 via a first switch 514, so that by closing of the first switch 514, the current I1 is provided by the first terminal 510.
  • the second terminal 520 is also connected to the voltage source 150 or via a second switch 524 their ground connection connected. By switching the second terminal 524, the current I2 can be derived through the second terminal 520.
  • a current measuring device 512 is also formed, which measures the outgoing current I1 from the first terminal 510.
  • the resolution is not precise enough to generate a dynamic control loop for current control. It only serves
  • a part of the outgoing current 11 can, however, flow away due to defects before or after the actuator 10 (e.g. to ground or to another
  • I1_fail or I2_fail which, for example, via fault resistors R1_fail or R2_fail from the first terminal 510 or the second terminal 520 to the
  • the present invention relates to a device for controlling the current of an actuator.
  • the device comprises at least one control device with a first one
  • the device further comprises a first current measuring device for measuring a first current through the first terminal and a second current measuring device for measuring a second current through the second terminal.
  • the first current measuring device and the second current measuring device are integrated in the at least one control device in order to make fault currents detectable.
  • controlling the actuator comprises opening or closing the corresponding switch, but it can also be a targeted setting
  • the device comprises an evaluation unit which is designed to compare the first current and the second current and to output an error signal if the comparison indicates a fault current.
  • the error signal can depend on a difference signal between the first current and the second current and the evaluation unit can optionally be designed to output the error signal when the difference signal exceeds a predetermined threshold value. Since the electrical current cannot be lost, a difference signal other than zero is an indication that current is flowing away. If this discharge exceeds a tolerable level (which can be defined via the threshold value), reactions are advisable. At least the control could then be changed to ensure that the actuator still fulfills the desired function.
  • the first terminal can be designed as a flight-side terminal and the second terminal can be designed as a low-side terminal. Also, the first includes
  • Current measuring device optionally a current mirror and / or a first shunt resistor for generating a first voltage value.
  • the current measuring device can have a second shunt resistor for generating a second voltage value, so that the fault current can be based on a difference between the first voltage value and the second voltage value.
  • the high-side and low-side refer to electrical voltage levels. So can For example, the ground can be defined as the low-side, from which the high-side represents an excitation level (higher voltage level). However, since different voltage potentials can be present in a vehicle, the low-side potential does not necessarily have to be ground, but merely corresponds to a reference potential.
  • the difference signal can therefore be based on voltage values by a
  • Comparator can be determined, whereby the individual currents are converted into the corresponding voltage values by using the shunt resistors.
  • the evaluation unit can use an analysis logic, e.g. integrated or as a separate circuit logic.
  • the device comprises a first control unit and a second control unit (part of the at least one control unit), each of which can be or is connected to the actuator and is designed to control the actuator independently via switchable terminals.
  • the first control device and the second control device can each comprise a first current measuring device and a second current measuring device in order to independently detect the first current through the respective first terminal and the second current through the respective second terminal.
  • the first control device is configured as a primary control device and the second control device is configured as a secondary control device.
  • This is supposed to be a
  • simultaneous activation of the actuator can be prevented or, in the event of a failure or a fault in the first control device, activation of the actuator by the second control device can be ensured / prioritized.
  • the first control device and the second control device can each have a first switch for switching through the respective first terminal (for example to one or different power supplies).
  • the first control device and the second control device can each have a second switch for switching through the respective second terminal (for example to one or different power supplies).
  • the evaluation unit comprises a logic which is then designed to detect an error by measuring currents through the two first current measuring devices and through the two second current measuring devices during the following switching states determine: (i) both first switches and one of the two second switches are closed; or (ii) both second switches and one of the two first switches are closed. The other switch is open.
  • a first voltage supply for the first control device and a second voltage supply for the second control device are available, wherein the first and the second voltage supply can be independent of one another.
  • ECU electronice control unit
  • vehicle which can in particular be a commercial vehicle.
  • the electronic control unit comprises one of the devices defined above.
  • FIG. 1 For exemplary embodiments, relate to a method for current control of an actuator.
  • the method uses at least one control device with a first terminal and a second terminal, which can be switched independently of one another, the actuator being controlled via the first terminal and / or the second terminal.
  • the method further comprises the steps:
  • the first two steps mentioned should be carried out at the same time as possible and correctly record the fault current.
  • Embodiments of the present invention solve the above-mentioned technical problems by means of a principle for current measurement in the case of jointly used actuators and by means of a circuit proposal and possible logic for evaluation.
  • the system can have two electronic control units which jointly control the actuator, a current measurement is in principle provided in each current-carrying path. This means that a current measurement is provided in the high-side path and in the low-side path.
  • a current measurement is provided in the high-side path and in the low-side path.
  • Fig. 1 shows a device for current control of an actuator according to a
  • FIG. 2 shows further details of the device from FIG. 1.
  • Fig. 3 shows a device for current control of an actuator according to a
  • FIG. 4 shows a flow chart for a method for current control of an actuator according to a further exemplary embodiment.
  • Fig. 5 shows a conventional device for current control.
  • the device comprises a control device 100 with a first terminal 110 and a second terminal 120 and is or can be connected to a voltage supply 150.
  • the control device 100 also includes a first current measuring device 112 for measuring a first current I1 through the first terminal 110 and a second current measuring device 122 for measuring a second current I2 through the second terminal 120.
  • the control device 100 comprises a first switch 114 (for example as a high-side switch) to set a current path from the voltage supply 150 to the first
  • the first switch 1 14 can have a first
  • Control connection 1 13 can be controlled by a microcontroller (not shown).
  • control device 100 comprises a second switch 124 (e.g. as a low-side switch) in order to switch a further current path (e.g. a ground path) from the second terminal 120 to the voltage supply 150.
  • the second switch 124 can also be controlled by a microcontroller (not shown) via a second control connection 123.
  • the device for current control is thus particularly designed to deal with the fault current 11 _fail, which e.g. from the first terminal 1 10, and the fault current I2_fail, which e.g. flows from the second terminal 120 to detect (or at least their sum).
  • the fault currents I1_fail, I2_fail can, but do not have to, be routed to a ground level.
  • the different possible voltage levels to which the fault currents I1_fail, I2_fail can flow are parameterized via the fault resistors R1_fail and R2_fail in FIG. 1.
  • the control device 100 can compensate for the associated negative effect by detecting the fault currents I1_fail, I2_fail or indicate this via a warning message.
  • fault currents I1_fail and I2_fail can in principle also be negative. This is possible, for example, when further voltage sources or other voltage potentials are present, which e.g. is quite common in vehicles. However, such introduced fault currents can also be reliably detected by the two current measuring devices 112, 122 and taken into account accordingly.
  • FIG. 2 shows further details of the device for current regulation, as it is shown in FIG. In particular, in Fig. 2 details for the implementation of the first and second current measuring devices 112, 122 and the corresponding switches 114, 124 are shown.
  • the first switch 114 couples to the voltage supply 150, one pole of which is connected to ground 160, and comprises a transistor M1 as a switch element, which connects the first voltage supply 150 to a first shunt resistor SHUNTJH in response to a control signal.
  • a current signal is picked up between the transistor M1 and the first shunt resistor SHUNTJH and fed to the first current measuring device 112, which is embodied, for example, as a current mirror.
  • the arrangement can also be in a different order, with voltages being tapped in front of and behind the shunt and fed to the current measuring device.
  • the first current I1 is passed as an output signal to the first terminal 110 and also supplied to the current mirror 112.
  • the shunt resistors used can also be or have MOSFETs.
  • the actuator 10 receives the first current 11 and comprises, for example in one
  • the actuator 10 connects the first terminal 110 to the second terminal 120, which represents an input for the second current measuring device 122.
  • the second current measuring device 122 comprises a second transistor M2 as a switching element and a second shunt resistor SHUNT_L, which connects the second transistor M2 on the other side to ground 160.
  • the transistors M1 and M2 are controlled via a corresponding control logic, which is not shown in FIG. 2 or only in the form of a
  • Voltage source is shown, which turns the transistors M1 and M2 on and off.
  • a fault current 11 jail is shown by way of example in FIG. 2, which represents the fault current from the first terminal 110 to the ground 160.
  • the current mirror 112 generates a first current signal S1, which is a
  • Evaluation circuit 130 is supplied.
  • the evaluation circuit 130 also receives a second current signal S2 from the second current sensor 122, which is from a node between the second transistor M2 and the second shunt resistor SHUNT L is removed.
  • the first current signal S1 is compared with the second current signal S2 and output as a difference signal DIFF.
  • the comparison is done, for example, with a comparator U1, which receives the S1 signal at a first input and the S2 signal at a second input (which can optionally be adapted by means of further resistors).
  • the evaluation circuit 130 can include a further input 133 with which additional, optional current signals from further shunt resistors can be received and evaluated.
  • the current mirror 112 also includes a further comparator U2, which receives the current signal from both sides of the first shunt resistor SFIUNT_FI and compares it with one another so that the first current signal S1 is output when a minimum threshold is exceeded.
  • a transistor Q1 is present in the current mirror, which is controlled by an output signal from the comparator U2 and connects the input of the current mirror to the output, so that the first current signal S1 is generated there when the transistor Q1 is closed.
  • an error analysis unit 140 (error logic), which has three inputs, for example: a first input 141 at which the difference signal DIFF can be input, a second input 142 and a third input 143 at which the signal states of the actuator 10 on both sides can be applied.
  • the error analysis unit 140 is designed to control the actuator 10 accordingly based on the difference signal DIFF at the output of the evaluation circuit 130 or to change its control or also to output an error signal.
  • the current measurement shown takes place within an electronic control device 100, which specifically means that the current in the high-side path is measured via a shunt resistor SFIUNT_H and a current mirror.
  • This circuit shows how determine the fault current, whereby a software logic (e.g.
  • this current measurement can be integrated in a control device 100 that does not provide for multiple use of actuators.
  • the advantage of such a one-system control device is that current regulation can be represented by the actuator 10, for which purpose the first signal S1 is evaluated via the microcontroller 140 and used for the regulation.
  • the actuator can, for example, be a sensor for a PCV actuator that controls a pneumatic pressure or monitors its setting, for example.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment for the device for current control, which not only comprises an electronic control device. According to this
  • the device comprises a first electronic control device 100 and a second electronic control device 200.
  • Both control devices 100, 200 can be designed in the same or a similar manner and have components that have the same effect.
  • Control devices 200 have the same components as the control device from FIG. 1. However, this is not necessarily the case, it can also be completely different control devices.
  • the first control device 100 is supplied with electrical current from a first voltage source 150, for example.
  • the second control device 200 is supplied with an electrical current by a second electrical voltage source 250.
  • the second control device 200 includes - like the first control device 100 - an exemplary flight-side switch 214, which is controlled via a flight-side control line 213, and a low-side switch 224, which is controlled via a low-side switch Control line 223 is controlled.
  • the flight-side switch 214 in turn connects the first terminal 210 to the voltage supply 250 and the low-side switch connects the second terminal 220 to the second voltage source 250.
  • Side and low-side components can in turn also be referred to as first / second switches / control connections.
  • the second control device 200 (like the first control device 100) comprises a first current measuring device 212 for measuring a first current 121 through the first terminal 210 and a second current measuring device 222 for measuring a second current I22 through the second terminal 220.
  • the two control units 100, 200 comprise a total of four
  • fault currents I1_fail, I2_fail for example to ground, flow between the actuator 10 and the first control device 100 or between the actuator 10 and the second control device 200 (e.g. via fault resistors R1_fail, R2_fail).
  • the fault currents I1_fail, I2_fail can also be shunts to another potential.
  • Power supplies 150, 250 can be supplied, the actuation of the jointly used actuators 10 should not take place jointly at the same time. Therefore, according to exemplary embodiments, one of the control devices 100, 200 can be used as the primary control device and the other as a secondary control device.
  • equalizing or reverse currents could occur in the event of a common control, which could damage the electronic control devices 100, 200.
  • the system can react accordingly and, for example, switch off the first control device 100 (if it is used as a primary control device) and use the secondary control device (for example the second electronic control device 200) for further control.
  • the primary control device 100 or its current-carrying paths are protected from reverse currents.
  • the procedure includes:
  • this current measurement from both control units 100, 200 can be used to optimize the fault diagnosis and the fault handling. It is thus possible to analyze the measured fault current I1_fail, I2_fail and, if necessary, to tolerate it up to a defined limit.
  • the primary control device 100 can also be switched off in a targeted manner and the control can be switched to the secondary
  • Control device 200 are transmitted.
  • switch positions switches 114, 124, 214, 224. If, for example, the low-side paths through the second terminals 120, 220 of both control devices 100, 200 are controlled and a control device now switches its flight-side switch 114, 124, the current feedback can be used to identify via which low-side Switch 124, 224 the current 112, I22 is fed back. With a corresponding Logic can be used to determine whether it is an error and should be responded to accordingly.
  • control unit 100, 200, 500 control unit (s)
  • first terminal e.g. high-side
  • I2 second current (e.g. on low side)

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Abstract

The invention relates to a device for controlling the current of an actuator (10). The device comprises at least one control device (100, 200) having a first terminal (110, 210), a first switch (114, 124), a second terminal (120, 220) and a second switch (124, 224) for controlling a current flow through the actuator (10) via the first terminal (110, 210) and the second terminal (120, 220) independently of one another. The device also comprises: a first current measuring device (112) for measuring a first current (I1) through the first terminal (110); and a second current measuring device (122) for measuring a second current (I2) through the second terminal (120), wherein the first current measuring device (112) and the second current measuring device (122) are integrated in the at least one control device (100, 200) in order to make it possible to detect fault currents (I1_fail, I2_fail).

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Vorrichtung und Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators Device and method for current control of an actuator
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators und insbesondere auf eine Schaltung zur The present invention relates to an apparatus and a method for current control of an actuator and in particular to a circuit for
Strommessung eines Steuergerätes eines Aktuatorsystems in Fahrzeugen. Current measurement of a control unit of an actuator system in vehicles.
In den meisten Fällen werden Aktuatoren durch elektronische Steuergeräte mittels Spannungsteuerung (dU/dt) geregelt. Eine Stromregelung (I) ist ebenfalls möglich, diese ist jedoch im Vergleich zur Spannungssteuerung relativ teuer bzw. aufwendig, da dazu zusätzliche elektrische Schaltungen verwendet werden. Die Regelung über den Strom kann über intelligente Endstufen mit integrierter Strommessung (ungenau) oder auch mittels einer nachgelagerten elektrischen Schaltung zur Messung des aktuellen Stroms erfolgen. Hierbei ist in konventionellen Systemen eine einfache Strommessung über einen Shunt auf der Spannungsseite ausreichend, da der Aktuator über eine Leitung angesteuert wird und das Bezugspotential sich definiert im Steuergerät befindet. In most cases, actuators are controlled by electronic control devices using voltage control (dU / dt). A current control (I) is also possible, but this is relatively expensive or complex compared to voltage control, since additional electrical circuits are used for this. The regulation via the current can take place via intelligent output stages with integrated current measurement (imprecise) or by means of a downstream electrical circuit for measuring the current current. In conventional systems, a simple current measurement via a shunt on the voltage side is sufficient, since the actuator is controlled via a line and the reference potential is defined in the control unit.
Fig. 5 zeigt eine konventionelle Vorrichtung zur Stromsteuerung, wie sie im Stand der Technik bereits bekannt ist. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte Ein-System Strommessung, da nur ein Steuergerät zur Ansteuerung genutzt wird. Fig. 5 shows a conventional device for current control, as it is already known in the prior art. This is a so-called one-system current measurement, as only one control device is used for control.
Die Vorrichtung umfasst in einem solchen System ein Steuergerät 500, das mit einer Spannungsquelle 150 mit elektrischem Strom versorgt wird. Das Steuergerät 500 umfasst ein erstes Terminal 510 und ein zweites Terminal 520 zwischen denen ein Aktuator 10 geschaltet ist. Der Strom 11 fließt zum Beispiel aus dem ersten Terminal 510 in den Aktuator 10 und ein Rückstrom I2 durch das zweite Terminal 520 zurück in das Steuergerät 500. Das erste Terminal 510 ist mit der Spannungsquelle 150 über einen ersten Schalter 514 verbunden, sodass durch ein Schließen des ersten Schalters 514 der Strom 11 durch das erste Terminal 510 bereitgestellt wird. Das zweite Terminal 520 ist über einen zweiten Schalter 524 ebenfalls mit der Spannungsquelle 150 oder deren Masseanschluss verbunden. Durch ein Schalten des zweiten Terminals 524 kann der Strom 12 durch das zweite Terminal 520 abgeleitet werden. In such a system, the device comprises a control unit 500 which is supplied with electrical current from a voltage source 150. The control device 500 comprises a first terminal 510 and a second terminal 520 between which an actuator 10 is connected. The current I1 flows, for example, from the first terminal 510 into the actuator 10 and a return current I2 through the second terminal 520 back into the control device 500. The first terminal 510 is connected to the voltage source 150 via a first switch 514, so that by closing of the first switch 514, the current I1 is provided by the first terminal 510. The second terminal 520 is also connected to the voltage source 150 or via a second switch 524 their ground connection connected. By switching the second terminal 524, the current I2 can be derived through the second terminal 520.
In der gezeigten konventionellen Vorrichtung ist außerdem eine Strommesseinrichtung 512 ausgebildet, die den ausgehenden Strom 11 aus dem ersten Terminal 510 misst. In der konventionellen Vorrichtung ist die Auflösung jedoch nicht exakt genug, um einen dynamischen Regelkreis zur Stromregelung zu erzeugen. Sie dient lediglich der In the conventional device shown, a current measuring device 512 is also formed, which measures the outgoing current I1 from the first terminal 510. In the conventional device, however, the resolution is not precise enough to generate a dynamic control loop for current control. It only serves
Kurzschlusserkennung. Short circuit detection.
Ein Teil des ausgehenden Stromes 11 kann jedoch aufgrund von Defekten vor oder nach dem Aktuator 10 abfließen (z.B. zur Masse oder auf ein anderes A part of the outgoing current 11 can, however, flow away due to defects before or after the actuator 10 (e.g. to ground or to another
Spannungsniveau). Diese Verlustströme oder Fehlerströme sind schematisch durch I1_fail oder I2_fail dargestellt, die beispielsweise über Fehlerwiderstände R1_fail oder R2_fail von dem ersten Terminal 510 oder dem zweiten Terminal 520 auf das Voltage level). These leakage currents or fault currents are shown schematically by I1_fail or I2_fail, which, for example, via fault resistors R1_fail or R2_fail from the first terminal 510 or the second terminal 520 to the
Massepotential oder auch auf eine Batteriespannung abfließen können (mit R1_fail oder R2_fail kann ein beliebiges Potential simuliert werden). Für diese Ströme gilt: Ground potential or to a battery voltage (any potential can be simulated with R1_fail or R2_fail). The following applies to these currents:
= + _fail + / 2_fail = + _fail + / 2_fail
Da die Fehlerströme im Allgemeinen nicht bekannt sind, kann dies zu Fehlern bei der Steuerung des Aktuators 10 führen. Dieses Problem verstärkt sich noch, wenn mehrere Steuergeräte einen Aktuator ansteuern. Since the fault currents are generally not known, this can lead to errors in the control of the actuator 10. This problem is exacerbated when several control units control one actuator.
Somit besteht ein Bedarf nach einer Verbesserung der Überwachung von Aktuatoren. Thus there is a need to improve the monitoring of actuators.
Diese Probleme werden durch eine Vorrichtung zur Stromsteuerung von Aktuatoren nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren nach Anspruch 11 zumindest teilweise gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte These problems are at least partially solved by a device for current control of actuators according to claim 1 and a corresponding method according to claim 11. The dependent claims define further advantageous ones
Ausführungsformen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Embodiments of the subjects of the independent claims.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Stromsteuerung eines Aktuators. Die Vorrichtung umfasst zumindest ein Steuergerät mit einem ersten The present invention relates to a device for controlling the current of an actuator. The device comprises at least one control device with a first one
Terminal, einem ersten Schalter, einem zweiten Terminal und einem zweiten Schalter, um einen Stromfluss durch den Aktuator über das erste Terminal und das zweite Terminal unabhängig voneinander zu steuern. Die Vorrichtung umfasst weiter eine erste Strommesseinrichtung zur Messung eines ersten Stromes durch das erste Terminal und eine zweite Strommesseinrichtung zur Messung eines zweiten Stromes durch das zweite Terminal. Die erste Strommesseinrichtung und die zweite Strommesseinrichtung sind in dem zumindest einen Steuergerät integriert, um Fehlerströme erfassbar zu machen. Terminal, a first switch, a second terminal and a second switch to allow current to flow through the actuator via the first terminal and the second Terminal to be controlled independently from each other. The device further comprises a first current measuring device for measuring a first current through the first terminal and a second current measuring device for measuring a second current through the second terminal. The first current measuring device and the second current measuring device are integrated in the at least one control device in order to make fault currents detectable.
Das Ansteuern des Aktuators umfasst im einfachsten Fall ein Öffnen oder Schließen der entsprechenden Schalter, kann aber auch eine gezielte Einstellung einer In the simplest case, controlling the actuator comprises opening or closing the corresponding switch, but it can also be a targeted setting
gewünschten oder erforderlichen Stromstärke einschließen, um so die Stromregelung umzusetzen. Include desired or required amperage so as to implement the current control.
Optional umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, um den ersten Strom und den zweiten Strom zu vergleichen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn der Vergleich auf einen Fehlerstrom hinweist. Optionally, the device comprises an evaluation unit which is designed to compare the first current and the second current and to output an error signal if the comparison indicates a fault current.
Das Fehlersignal kann von einem Differenzsignal zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom abhängen und die Auswerteeinheit kann optional ausgebildet sein, das Fehlersignal auszugeben, wenn das Differenzsignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Da der elektrische Strom nicht verloren gehen kann, ist ein von Null verschiedenes Differenzsignal ein Indiz dafür, dass Strom abfließt. Wenn dieser Abfluss ein tolerierbares Maß (definierbar über den Schwellwert) überschreitet, sind Reaktionen angeraten. Zumindest könnte dann die Ansteuerung geändert werden, um sicher zu gehen, dass der Aktuator immer noch die gewünschte Funktion erfüllt. The error signal can depend on a difference signal between the first current and the second current and the evaluation unit can optionally be designed to output the error signal when the difference signal exceeds a predetermined threshold value. Since the electrical current cannot be lost, a difference signal other than zero is an indication that current is flowing away. If this discharge exceeds a tolerable level (which can be defined via the threshold value), reactions are advisable. At least the control could then be changed to ensure that the actuator still fulfills the desired function.
Das erste Terminal kann als ein Fligh-Side-Terminal und das zweite Terminal kann als ein Low-Side-Terminal ausgebildet sein. Außerdem umfasst die erste The first terminal can be designed as a flight-side terminal and the second terminal can be designed as a low-side terminal. Also, the first includes
Strommesseinrichtung optional einen Stromspiegel und/oder einen ersten Shunt- Widerstand zur Erzeugung eines ersten Spannungswertes. Die zweite Current measuring device optionally a current mirror and / or a first shunt resistor for generating a first voltage value. The second
Strommesseinrichtung kann einen zweiten Shunt-Widerstand zur Erzeugung eines zweiten Spannungswertes aufweisen, sodass der Fehlerstrom auf eine Differenz des ersten Spannungswertes und des zweiten Spannungswertes basiert sein kann. Die High-Side und Low-Side beziehen sich auf elektrische Spannungsniveaus. So kann zum Beispiel die Masse als Low-Side definiert sein, von dem aus die High-Side ein Anregungsniveau darstellt (höheres Spannungsniveaus). Da in einem Fahrzeug jedoch verschiedene Spannungspotentiale anliegen können, muss das Low-Side-Potential nicht zwingend Masse sein, sondern entspricht lediglich einem Referenzpotential. The current measuring device can have a second shunt resistor for generating a second voltage value, so that the fault current can be based on a difference between the first voltage value and the second voltage value. The high-side and low-side refer to electrical voltage levels. So can For example, the ground can be defined as the low-side, from which the high-side represents an excitation level (higher voltage level). However, since different voltage potentials can be present in a vehicle, the low-side potential does not necessarily have to be ground, but merely corresponds to a reference potential.
Das Differenzsignal kann daher basierend auf Spannungswerten durch einen The difference signal can therefore be based on voltage values by a
Komparator ermittelt werden, wobei die einzelnen Ströme durch Nutzung der Shunt- Widerstände in die entsprechenden Spannungswerte umgewandelt werden. Zur Auswertung kann die Auswerteeinheit eine Analyselogik, z.B. integriert oder als separate Schaltungslogik, aufweisen. Comparator can be determined, whereby the individual currents are converted into the corresponding voltage values by using the shunt resistors. For the evaluation, the evaluation unit can use an analysis logic, e.g. integrated or as a separate circuit logic.
Optional umfasst die Vorrichtung ein erstes Steuergerät und ein zweites Steuergerät (Teil des zumindest einen Steuergeräts), die jeweils mit dem Aktuator verbindbar oder verbunden sind und ausgebildet sind, um den Aktuator unabhängig über schaltbare Terminals anzusteuern. Das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät können jeweils eine erste Strommesseinrichtung und eine zweite Strommesseinrichtung umfassen, um jeweils den ersten Strom durch das jeweilige erste Terminal und den zweiten Strom durch das jeweilige zweite Terminal unabhängig zu erfassen. Optionally, the device comprises a first control unit and a second control unit (part of the at least one control unit), each of which can be or is connected to the actuator and is designed to control the actuator independently via switchable terminals. The first control device and the second control device can each comprise a first current measuring device and a second current measuring device in order to independently detect the first current through the respective first terminal and the second current through the respective second terminal.
Optional ist das erste Steuergerät als primäres Steuergerät konfiguriert und das zweite Steuergerät als sekundäres Steuergerät konfiguriert. Auf diese Weise soll ein Optionally, the first control device is configured as a primary control device and the second control device is configured as a secondary control device. This is supposed to be a
gleichzeitiges Ansteuern des Aktuators verhindert werden bzw. bei einem Ausfall oder einem Fehler des ersten Steuergerätes kann die Ansteuerung des Aktuators durch das zweite Steuergerät sichergestellt / priorisiert werden. simultaneous activation of the actuator can be prevented or, in the event of a failure or a fault in the first control device, activation of the actuator by the second control device can be ensured / prioritized.
Das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät können jeweils einen ersten Schalter zum Durchschalten des jeweiligen ersten Terminals (z.B. an eine oder verschiedene Stromversorgungen) aufweisen. Ebenso können das erste Steuergerät und das zweite Steuergerät jeweils einen zweiten Schalter zum Durchschalten des jeweiligen zweiten Terminals (z.B. an eine oder verschiedene Stromversorgungen) aufweisen. Optional umfasst die Auswerteinheit eine Logik, die dann ausgebildet ist, um einen Fehler durch ein Messen von Strömen durch die beiden ersten Strommesseeinrichtungen und durch die beiden zweiten Strommesseeinrichtungen während der folgenden Schaltzustände festzustellen: (i) beide ersten Schalter und eines der beiden zweiten Schalter sind geschlossen; oder (ii) beide zweiten Schalter und eines der beiden ersten Schalter sind geschlossen. Der jeweils andere Schalter ist offen. The first control device and the second control device can each have a first switch for switching through the respective first terminal (for example to one or different power supplies). Likewise, the first control device and the second control device can each have a second switch for switching through the respective second terminal (for example to one or different power supplies). Optionally, the evaluation unit comprises a logic which is then designed to detect an error by measuring currents through the two first current measuring devices and through the two second current measuring devices during the following switching states determine: (i) both first switches and one of the two second switches are closed; or (ii) both second switches and one of the two first switches are closed. The other switch is open.
Optional sind eine erste Spannungsversorgung für das erste Steuergerät und eine zweite Spannungsversorgung für das zweite Steuergerät vorhanden, wobei die erste und die zweite Spannungsversorgung voneinander unabhängig sein können. Optionally, a first voltage supply for the first control device and a second voltage supply for the second control device are available, wherein the first and the second voltage supply can be independent of one another.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine elektronische Steuereinheit (ECU, electronic control unit) für ein Fahrzeug, das insbesondere ein Nutzfahrzeug sein kann. Die elektronische Steuereinheit umfasst eine der zuvor definierten Vorrichtungen. Further exemplary embodiments relate to an electronic control unit (ECU) for a vehicle, which can in particular be a commercial vehicle. The electronic control unit comprises one of the devices defined above.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Nutzfahrzeug mit einer der zuvor definierten elektronischen Steuereinheiten. Further exemplary embodiments relate to a utility vehicle with one of the electronic control units defined above.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators. Das Verfahren nutzt zumindest ein Steuergerät mit einem ersten Terminal und einem zweiten Terminal, die unabhängig voneinander schaltbar sind, wobei der Aktuator über das erste Terminal und/oder das zweite Terminal gesteuert wird. Das Verfahren umfasst weiter die Schritte: Further exemplary embodiments relate to a method for current control of an actuator. The method uses at least one control device with a first terminal and a second terminal, which can be switched independently of one another, the actuator being controlled via the first terminal and / or the second terminal. The method further comprises the steps:
- Messen, in dem zumindest einen Steuergerät, eines ersten Stromes durch das erste Terminal; und Measuring, in the at least one control unit, a first current through the first terminal; and
- Messen, in dem zumindest einen Steuergerät, eines zweiten Stromes durch das zweite Terminal; und - Measuring, in the at least one control unit, a second current through the second terminal; and
- Feststellen zumindest eines Fehlerstromes basierend auf den gemessenen - Determining at least one fault current based on the measured
ersten Strom und den gemessenen zweiten Strom. first current and the measured second current.
Die beiden erstgenannten Schritte (Messen des ersten und zweiten Stromes) sollten möglichst gleichzeitig erfolgen, und den Fehlerstrom korrekt erfassen. The first two steps mentioned (measuring the first and second current) should be carried out at the same time as possible and correctly record the fault current.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lösen die obengenannten technischen Probleme durch ein Prinzip zur Strommessung bei gemeinsam genutzten Aktuatoren und durch einen Schaltungsvorschlag sowie eine mögliche Logik zur Auswertung. Da das System zwei elektronische Steuergeräte aufweisen kann, die gemeinsam den Aktuator ansteuern, wird im Prinzip eine Strommessung in jedem stromführenden Pfad vorgesehen. Das bedeutet, dass jeweils im High-Side-Pfad und im Low-Side-Pfad eine Strommessung vorgesehen wird. Neben einer zuverlässigen Stromregelung der Aktuatoren besteht somit auch die Möglichkeit Fehl- oder Rückströme zu messen. Embodiments of the present invention solve the above-mentioned technical problems by means of a principle for current measurement in the case of jointly used actuators and by means of a circuit proposal and possible logic for evaluation. There the system can have two electronic control units which jointly control the actuator, a current measurement is in principle provided in each current-carrying path. This means that a current measurement is provided in the high-side path and in the low-side path. In addition to reliable current regulation of the actuators, there is also the possibility of measuring fault or return currents.
Beide Fehlerstromarten werden erkannt, was ein hohes Maß an Sicherheit bietet. Damit kann sichergestellt werden, dass der jeweilige Aktuator von dem jeweils aktiven elektronischen Steuergerät korrekt angesteuert werden kann. Both types of residual current are detected, which offers a high level of safety. It can thus be ensured that the respective actuator can be controlled correctly by the respective active electronic control device.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen. The exemplary embodiments of the present invention will be better understood from the following detailed description and the accompanying drawings of the various exemplary embodiments, which, however, should not be construed as limiting the disclosure to the specific embodiments, but merely for explanation and understanding.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Stromsteuerung eines Aktuators gemäß einem Fig. 1 shows a device for current control of an actuator according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Embodiment of the present invention.
Fig. 2 zeigt weitere Details der Vorrichtung aus Fig. 1. FIG. 2 shows further details of the device from FIG. 1.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Stromsteuerung eines Aktuators gemäß einem Fig. 3 shows a device for current control of an actuator according to a
weiteren Ausführungsbeispiel. further embodiment.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels. 4 shows a flow chart for a method for current control of an actuator according to a further exemplary embodiment.
Fig. 5 zeigt eine konventionelle Vorrichtung zur Stromsteuerung. Fig. 5 shows a conventional device for current control.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die zur Stromregelung eines Aktuators 10 geeignet oder vorgesehen ist. Die Vorrichtung umfasst ein Steuergerät 100 mit einem ersten Terminal 110 und einem zweiten Terminal 120 und ist mit einer Spannungsversorgung 150 verbunden oder verbindbar. Das Steuergerät 100 umfasst außerdem eine erste Strommesseinrichtung 112 zur Messung eines ersten Stromes 11 durch das erste Terminal 110 und eine zweite Strommesseinrichtung 122 zur Messung eines zweiten Stromes I2 durch das zweitem Terminal 120. Außerdem umfasst das Steuergerät 100 einen ersten Schalter 1 14 (z.B. als High-Side- Schalter), um einen Strompfad von der Spannungsversorgung 150 an das erste 1 shows a device according to an exemplary embodiment of the present invention, which is suitable or provided for regulating the current of an actuator 10. The device comprises a control device 100 with a first terminal 110 and a second terminal 120 and is or can be connected to a voltage supply 150. The control device 100 also includes a first current measuring device 112 for measuring a first current I1 through the first terminal 110 and a second current measuring device 122 for measuring a second current I2 through the second terminal 120. In addition, the control device 100 comprises a first switch 114 (for example as a high-side switch) to set a current path from the voltage supply 150 to the first
Terminal 1 10 zu schalten. Der erste Schalter 1 14 kann über einen ersten Terminal 1 10 to switch. The first switch 1 14 can have a first
Steueranschluss 1 13 von einem Mikrocontroller (nicht gezeigt) gesteuert werden. Control connection 1 13 can be controlled by a microcontroller (not shown).
Außerdem umfasst das Steuergerät 100 einen zweiten Schalter 124 (z.B. als Low-Side- Schalter), um einen weiteren Strompfad (z.B. einen Massepfad) von dem zweiten Terminal 120 zu der Spannungsversorgung 150 zu schalten. Der zweite Schalter 124 kann ebenfalls über einen zweiten Steueranschluss 123 von einem Mikrocontroller (nicht gezeigt) gesteuert werden. In addition, the control device 100 comprises a second switch 124 (e.g. as a low-side switch) in order to switch a further current path (e.g. a ground path) from the second terminal 120 to the voltage supply 150. The second switch 124 can also be controlled by a microcontroller (not shown) via a second control connection 123.
Die Vorrichtung zur Stromsteuerung ist somit insbesondere ausgebildet, um den Fehlerstrom 11 _fail, der z.B. von dem ersten Terminal 1 10 abfließt, und den Fehlerstrom I2_fail, der z.B. von dem zweiten Terminal 120 abfließt, zu detektieren (bzw. zumindest deren Summe). Die Fehlerströme I1_fail, I2_fail können, müssen aber nicht, auf ein Masseniveau geleitet werden. Die unterschiedlichen möglichen Spannungsniveaus, zu denen die Fehlerströme I1_fail, I2_fail fließen können, sind über die Fehlerwiderstände R1_fail bzw. R2_fail in der Fig. 1 parametrisiert. The device for current control is thus particularly designed to deal with the fault current 11 _fail, which e.g. from the first terminal 1 10, and the fault current I2_fail, which e.g. flows from the second terminal 120 to detect (or at least their sum). The fault currents I1_fail, I2_fail can, but do not have to, be routed to a ground level. The different possible voltage levels to which the fault currents I1_fail, I2_fail can flow are parameterized via the fault resistors R1_fail and R2_fail in FIG. 1.
Da diese Fehlerströme I1_fail, I2_fail Verluste darstellen und in der Stromregelung nicht zur Steuerung des Aktuators 10 genutzt werden können, kann das Steuergerät 100 durch die Detektion der Fehlerströme I1_fail, I2_fail den damit verbundenen negativen Effekt kompensieren bzw. über eine Warnmitteilung darauf hinweisen. Since these fault currents I1_fail, I2_fail represent losses and cannot be used in the current control to control the actuator 10, the control device 100 can compensate for the associated negative effect by detecting the fault currents I1_fail, I2_fail or indicate this via a warning message.
Es versteht sich, dass die Fehlerströme I1_fail und I2_fail wie auch die anderen Ströme im Prinzip auch negativ sein können. Dies ist zum Beispiel dann möglich, wenn weitere Spannungsquellen oder andere Spannungspotentiale vorhanden sind, was z.B. in Fahrzeugen durchaus üblich ist. Aber auch solche eingeleiteten Fehlerströme können durch die beiden Strommesseinrichtungen 1 12, 122 zuverlässig detektiert und entsprechend berücksichtigt werden. It goes without saying that the fault currents I1_fail and I2_fail, like the other currents, can in principle also be negative. This is possible, for example, when further voltage sources or other voltage potentials are present, which e.g. is quite common in vehicles. However, such introduced fault currents can also be reliably detected by the two current measuring devices 112, 122 and taken into account accordingly.
Fig. 2 zeigt weitere Details der Vorrichtung zur Stromregelung, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist. Insbesondere sind in der Fig. 2 Details zur Umsetzung der ersten und zweiten Strommesseinrichtungen 112, 122 und der entsprechenden Schalter 114, 124 dargestellt. FIG. 2 shows further details of the device for current regulation, as it is shown in FIG. In particular, in Fig. 2 details for the implementation of the first and second current measuring devices 112, 122 and the corresponding switches 114, 124 are shown.
Der erste Schalter 114 koppelt dabei an die Spannungsversorgung 150, die mit einem Pol auf Masse 160 liegt, und umfasst einen Transistor M1 als Schalterelement, der die erste Spannungsversorgung 150 ansprechend auf ein Steuersignal mit einem ersten Shunt-Widerstand SHUNTJH verbindet. Zwischen dem Transistor M1 und dem ersten Shunt-Widerstand SHUNTJH wird ein Stromsignal abgenommen und der ersten Strommesseinrichtung 112 zugeführt, die beispielhaft als ein Stromspiegel ausgebildet ist. Die Anordnung kann auch in anderer Reihenfolge sein, wobei Spannungen vor und hinter dem Shunt abgegriffen und der Strommesseinrichtung zugeführt werden. Auf der anderen Seite des ersten Shunt-Widerstands SHUNT_H wird der erste Strom 11 als Ausgangssignal an das erste Terminal 110 geleitet und außerdem dem Stromspiegel 112 zugeführt. Die genutzten Shunt-Widerstände können auch MOSFETs sein oder einen solchen aufweisen. The first switch 114 couples to the voltage supply 150, one pole of which is connected to ground 160, and comprises a transistor M1 as a switch element, which connects the first voltage supply 150 to a first shunt resistor SHUNTJH in response to a control signal. A current signal is picked up between the transistor M1 and the first shunt resistor SHUNTJH and fed to the first current measuring device 112, which is embodied, for example, as a current mirror. The arrangement can also be in a different order, with voltages being tapped in front of and behind the shunt and fed to the current measuring device. On the other side of the first shunt resistor SHUNT_H, the first current I1 is passed as an output signal to the first terminal 110 and also supplied to the current mirror 112. The shunt resistors used can also be or have MOSFETs.
Der Aktuator 10 erhält den ersten Strom 11 und umfasst, zum Beispiel in einem The actuator 10 receives the first current 11 and comprises, for example in one
Ersatzschaltbild, einen Widerstand R und eine Induktivität L. Der Aktuator 10 verbindet das ersten Terminal 110 mit dem zweiten Termin 120, der einen Eingang für die zweite Strommesseinrichtung 122 darstellt. Die zweite Strommesseinrichtung 122 umfasst einen zweiten Transistor M2 als Schaltelement und einen zweiten Shunt-Widerstand SHUNT_L, der den zweiten Transistor M2 auf der anderen Seite mit Masse 160 verbindet. Die Transistoren M1 und M2 werden über eine entsprechende Steuerlogik angesteuert, die in der Fig. 2 nicht dargestellt ist bzw. nur in Form einer Equivalent circuit diagram, a resistor R and an inductance L. The actuator 10 connects the first terminal 110 to the second terminal 120, which represents an input for the second current measuring device 122. The second current measuring device 122 comprises a second transistor M2 as a switching element and a second shunt resistor SHUNT_L, which connects the second transistor M2 on the other side to ground 160. The transistors M1 and M2 are controlled via a corresponding control logic, which is not shown in FIG. 2 or only in the form of a
Spannungsquelle dargestellt ist, die die Transistoren M1 und M2 ein- und ausschaltet. Voltage source is shown, which turns the transistors M1 and M2 on and off.
Beispielhaft ist in der Fig. 2 ein Fehlerstrom 11 Jail gezeigt, der den Fehlerstrom von dem ersten Terminal 110 hin zur Masse 160 darstellt. A fault current 11 jail is shown by way of example in FIG. 2, which represents the fault current from the first terminal 110 to the ground 160.
Der Stromspiegel 112 erzeugt ein erstes Stromsignal S1 , welches einer The current mirror 112 generates a first current signal S1, which is a
Auswerteschaltung 130 zugeführt wird. Die Auswerteschaltung 130 empfängt außerdem ein zweites Stromsignal S2 von dem zweiten Stromsensors 122, der von einem Knoten zwischen dem zweiten Transistor M2 und dem zweiten Shunt-Widerstand SHUNT L abgenommen wird. In der Auswerteschaltung 130 wird das erste Stromsignal S1 mit dem zweiten Stromsignal S2 verglichen und als ein Differenzsignal DIFF ausgegeben. Der Vergleich geschieht beispielhaft mit einem Komparator U1 , der an einem ersten Eingang das S1 -Signal und einem zweiten Eingang des S2-Signal empfängt (die optional mittels weiterer Widerstände angepasst werden). Die Auswerteschaltung 130 kann einen weiteren Eingang 133 umfassen, mit welchem zusätzliche, optionale Stromsignale von weiteren Shunt-Widerständen empfangen und ausgewertet werden können. Evaluation circuit 130 is supplied. The evaluation circuit 130 also receives a second current signal S2 from the second current sensor 122, which is from a node between the second transistor M2 and the second shunt resistor SHUNT L is removed. In the evaluation circuit 130, the first current signal S1 is compared with the second current signal S2 and output as a difference signal DIFF. The comparison is done, for example, with a comparator U1, which receives the S1 signal at a first input and the S2 signal at a second input (which can optionally be adapted by means of further resistors). The evaluation circuit 130 can include a further input 133 with which additional, optional current signals from further shunt resistors can be received and evaluated.
Der Stromspiegel 1 12 umfasst ebenfalls einen weiteren Komparator U2, der das Stromsignal von beiden Seiten des ersten Shunt-Widerstandes SFIUNT_FI empfängt und miteinander vergleicht, sodass bei Überschreiten einer Mindestschwelle das erste Stromsignal S1 ausgegeben wird. Flierzu ist im Stromspiegel ein Transistor Q1 vorhanden, der durch ein Ausgangssignal des Komparators U2 angesteuert wird und den Eingang des Stromspiegels mit dem Ausgang verbindet, sodass dann dort das erste Stromsignal S1 erzeugt wird, wenn der Transistor Q1 geschlossen wird. The current mirror 112 also includes a further comparator U2, which receives the current signal from both sides of the first shunt resistor SFIUNT_FI and compares it with one another so that the first current signal S1 is output when a minimum threshold is exceeded. In addition, a transistor Q1 is present in the current mirror, which is controlled by an output signal from the comparator U2 and connects the input of the current mirror to the output, so that the first current signal S1 is generated there when the transistor Q1 is closed.
Zwischen allen genannten Komponenten können weiteren Widerständen ausgebildet sein, die eine Anpassung der jeweiligen Spannungsniveau bewirken. Further resistors, which adjust the respective voltage level, can be formed between all the components mentioned.
Außerdem ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 eine Fehleranalyseeinheit 140 (Fehlerlogik) vorhanden, die beispielhaft drei Eingänge aufweist: einen ersten Eingang 141 , an dem das Differenzsignal DIFF eingegeben werden kann, einen zweiter Eingang 142 und einen dritter Eingang 143, an denen die beidseitigen Signalzustände des Aktuators 10 angelegt werden können. Die Fehleranalyseeinheit 140 ist ausgebildet, um basierend auf den Differenzsignal DIFF am Ausgang der Auswerteschaltung 130 den Aktuator 10 entsprechend zu steuern bzw. dessen Ansteuerung zu ändern oder auch ein Fehlersignal auszugeben. In addition, in the embodiment of FIG. 2 there is an error analysis unit 140 (error logic), which has three inputs, for example: a first input 141 at which the difference signal DIFF can be input, a second input 142 and a third input 143 at which the signal states of the actuator 10 on both sides can be applied. The error analysis unit 140 is designed to control the actuator 10 accordingly based on the difference signal DIFF at the output of the evaluation circuit 130 or to change its control or also to output an error signal.
Die gezeigte Strommessung erfolgt innerhalb eines Elektronischen Steuergerätes 100, was konkret bedeutet, dass der Strom im High-Side-Pfad über einen Shunt-Widerstand SFIUNT_H und einem Stromspiegel gemessen wird. Aus dieser Schaltung lässt sich wie beschrieben der Fehlerstrom bestimmen, wobei eine Softwarelogik (z.B. The current measurement shown takes place within an electronic control device 100, which specifically means that the current in the high-side path is measured via a shunt resistor SFIUNT_H and a current mirror. This circuit shows how determine the fault current, whereby a software logic (e.g.
Analyseschaltung 140) nicht zwingend erforderlich ist. Analysis circuit 140) is not absolutely necessary.
Insbesondere lässt sich diese Strommessung in einem Steuergerät 100 integrieren, das keine Mehrfachverwendung von Aktuatoren vorsieht. Der Vorteil für ein solches Ein- System-Steuergerät ist, dass sich eine Stromregelung von dem Aktuator 10 darstellen lässt, wozu das erste Signal S1 über den Microcontroller 140 ausgewertet und für die Regelung verwendet wird. In particular, this current measurement can be integrated in a control device 100 that does not provide for multiple use of actuators. The advantage of such a one-system control device is that current regulation can be represented by the actuator 10, for which purpose the first signal S1 is evaluated via the microcontroller 140 and used for the regulation.
Der Aktuator kann beispielsweise ein Sensor für einen PCV-Aktuator sein, der beispielsweise einen pneumatischen Druck steuert bzw. dessen Einstellung überwacht. The actuator can, for example, be a sensor for a PCV actuator that controls a pneumatic pressure or monitors its setting, for example.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung zur Stromsteuerung, die nicht nur ein elektronisches Steuergerät umfasst. Gemäß diesem FIG. 3 shows a further exemplary embodiment for the device for current control, which not only comprises an electronic control device. According to this
Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung ein erstes elektronisches Steuergerät 100 und ein zweites elektronisches Steuergerät 200. Beide Steuergeräte 100, 200 können in der gleichen oder ähnlichen Weise ausgebildet sein und gleichwirkende Komponenten aufweisen. Insbesondere kann das erste Steuergerät 100 und/oder das zweite In the exemplary embodiment, the device comprises a first electronic control device 100 and a second electronic control device 200. Both control devices 100, 200 can be designed in the same or a similar manner and have components that have the same effect. In particular, the first control device 100 and / or the second
Steuergeräte 200 die gleichen Komponenten aufweisen, wie das Steuergerät aus der Fig. 1. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall, es können auch vollständig verschiedene Steuergeräte sein. Control devices 200 have the same components as the control device from FIG. 1. However, this is not necessarily the case, it can also be completely different control devices.
Das erste Steuergerät 100 wird beispielsweise mit einer ersten Spannungsquelle 150 mit elektrischem Strom versorgt. In ähnlicher Weise wird das zweite Steuergerät 200 mit einer zweiten elektrischen Spannungsquelle 250 mit einem elektrischen Strom versorgt. The first control device 100 is supplied with electrical current from a first voltage source 150, for example. In a similar way, the second control device 200 is supplied with an electrical current by a second electrical voltage source 250.
Das zweite Steuergerät 200 umfasst - wie auch das erste Steuergerät 100 - einen beispielhaften Fligh-Side-Schalter 214, der über eine Fligh-Side-Steuerleitung 213 angesteuert wird, und einen Low-Side-Schalter 224, der über eine Low-Side- Steuerleitung 223 angesteuert wird. Der Fligh-Side-Schalter 214 verbindet wiederum das erste Terminal 210 mit der Spannungsversorgung 250 und der Low-Side-Schalter verbindet das zweite Terminal 220 mit der zweiten Spannungsquelle 250. Die High- Side- und Low-Side-Komponenten können wiederum auch als erste/zweite Schalter/Steueranschlüsse bezeichnet werden. The second control device 200 includes - like the first control device 100 - an exemplary flight-side switch 214, which is controlled via a flight-side control line 213, and a low-side switch 224, which is controlled via a low-side switch Control line 223 is controlled. The flight-side switch 214 in turn connects the first terminal 210 to the voltage supply 250 and the low-side switch connects the second terminal 220 to the second voltage source 250. Side and low-side components can in turn also be referred to as first / second switches / control connections.
Es versteht sich, dass entlang der Strompfade weitere Komponenten ausgebildet sein können, die der Übersicht halber weggelassen wurden. It goes without saying that further components can be formed along the current paths, which have been omitted for the sake of clarity.
Das zweite Steuergerät 200 umfasst (wie auch das erste Steuergerät 100) eine erste Strommesseinrichtung 212 zum Messen eines ersten Stroms 121 durch das erste Terminal 210 und eine zweite Strommesseinrichtung 222 zum Messen eines zweiten Stroms I22 durch das zweite Terminal 220. The second control device 200 (like the first control device 100) comprises a first current measuring device 212 for measuring a first current 121 through the first terminal 210 and a second current measuring device 222 for measuring a second current I22 through the second terminal 220.
Auf diese Weise umfassen die beiden Steuergeräten 100, 200 insgesamt vier In this way, the two control units 100, 200 comprise a total of four
Strommesseinrichtungen 112, 122, 212, 222 die ausgebildet sind, um den jeweiligen Strom durch jedes der vier Terminals 110, 120, 210, 220 zu erfassen. Da der Current measuring devices 112, 122, 212, 222 which are designed to detect the respective current through each of the four terminals 110, 120, 210, 220. Since the
elektrische Strom nicht verloren geht (der Verlust sind die Fehlerströme), können mit diesen vier Strommesseinrichtung 112, 122, 212, 222 alle Ströme, einschließlich der Fehlerströme, erfasst werden. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob zwischen dem Aktuator 10 und dem ersten Steuergerät 100 bzw. zwischen dem Aktuator 10 und dem zweiten Steuergerät 200 Fehlerströme I1_fail, I2_fail beispielsweise auf Masse, abfließen (z.B. über Fehlerwiderstände R1_fail, R2_fail). Bei den Fehlströmen I1_fail, I2_fail kann es sich auch um Nebenschlüsse auf ein anderes Potential handeln. electrical current is not lost (the loss is the fault currents), all currents, including fault currents, can be recorded with these four current measuring devices 112, 122, 212, 222. In this way it can be determined whether fault currents I1_fail, I2_fail, for example to ground, flow between the actuator 10 and the first control device 100 or between the actuator 10 and the second control device 200 (e.g. via fault resistors R1_fail, R2_fail). The fault currents I1_fail, I2_fail can also be shunts to another potential.
Da die beiden beschriebenen Steuergeräte 100, 200 von unterschiedlichen Since the two described control devices 100, 200 of different
Spannungsversorgungen 150, 250 versorgt werden können, sollte die Ansteuerung der gemeinsam genutzten Aktuatoren 10 nicht gemeinsam zur gleichen Zeit erfolgen. Daher kann gemäß Ausführungsbeispielen eines der Steuergeräte 100, 200 als primäres Steuergerät genutzt werden und das andere als sekundäres Steuergerät. Power supplies 150, 250 can be supplied, the actuation of the jointly used actuators 10 should not take place jointly at the same time. Therefore, according to exemplary embodiments, one of the control devices 100, 200 can be used as the primary control device and the other as a secondary control device.
Durch Spannungsdifferenzen oder Masseversätze der jeweiligen Spannungsquellen 150, 250 könnten bei einer gemeinsamen Ansteuerung Ausgleichs- oder Rückströme auftreten, die die elektronischen Steuergeräte 100, 200 schädigen könnten. Durch die Strommessungen aller High-Side- und Low-Side-Pfade (durch die Terminals 110, 120, 210, 220) können gemäß Ausführungsbeispiele durch Differenz- oder Summenbildung alle Ströme und mögliche Ausgleichsströme zuverlässig erkannt werden. Das System kann basierend darauf entsprechend reagieren und zum Beispiel das erste Steuergerät 100 (wenn es als primäres Steuergerät genutzt wird) abschalten und das sekundäre Steuergerät (z.B. das zweite elektronische Steuergerät 200) zur weiteren Steuerung nutzen. Dadurch wird das primäre Steuergerät 100 bzw. seine Stromführenden Pfade vor Rückströmen geschützt. Due to voltage differences or mass offsets of the respective voltage sources 150, 250, equalizing or reverse currents could occur in the event of a common control, which could damage the electronic control devices 100, 200. Through the current measurements of all high-side and low-side paths (through the terminals 110, 120, 210, 220), according to exemplary embodiments, by forming the difference or sum all currents and possible equalizing currents can be reliably detected. Based on this, the system can react accordingly and, for example, switch off the first control device 100 (if it is used as a primary control device) and use the secondary control device (for example the second electronic control device 200) for further control. As a result, the primary control device 100 or its current-carrying paths are protected from reverse currents.
Fig. 4 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Verfahren umfasst: 4 illustrates an exemplary method for current control of an actuator according to a further exemplary embodiment. The procedure includes:
- Messen S110, in dem zumindest einen Steuergerät 100, 200, eines ersten - Measure S110 in the at least one control device 100, 200, a first
Stromes 11 durch das erste Terminal 110; Stream 11 through the first terminal 110;
- Messen S120, in dem zumindest einen Steuergerät 100, 200, eines zweiten - Measure S120 in the at least one control unit 100, 200, a second
Stromes I2 durch das zweite Terminal 120; und Current I2 through the second terminal 120; and
- Feststellen S130 zumindest eines Fehlerstromes I1_fail, I2_fail basierend auf den gemessenen ersten Strom 11 und den unabhängig gemessenen zweiten Strom I2. Determination S130 of at least one fault current I1_fail, I2_fail based on the measured first current I1 and the independently measured second current I2.
In einem System, bei dem der Aktuator 10 von mehreren Steuergeräten 100, 200 angesteuert wird, kann mittels dieser Strommessung aus beiden Steuergeräten 100, 200 die Fehlerdiagnose und das Fehlerhandling optimiert werden. Es ist somit möglich, den gemessenen Fehlerstrom I1_fail, I2_fail zu analysieren und ggf. bis zu einer definierten Grenze zu tolerieren. In Antwort auf die Messung kann auch gezielt das primäre Steuergerät 100 abgeschaltet und die Steuerung auf das sekundäre In a system in which the actuator 10 is controlled by several control units 100, 200, this current measurement from both control units 100, 200 can be used to optimize the fault diagnosis and the fault handling. It is thus possible to analyze the measured fault current I1_fail, I2_fail and, if necessary, to tolerate it up to a defined limit. In response to the measurement, the primary control device 100 can also be switched off in a targeted manner and the control can be switched to the secondary
Steuergerät 200 übertragen werden. Control device 200 are transmitted.
Außerdem ist es möglich, aus beiden Steuergeräten 100, 200 die aktuellen It is also possible to obtain the current. From both control units 100, 200
Schalterstände (der Schalter 114, 124, 214, 224) zu ermitteln. Wenn beispielsweise die Low-Side-Pfade durch die zweiten Terminal 120, 220 beider Steuergeräte 100, 200 durchgesteuert sind und ein Steuergerät nun sein Fligh-Side-Schalter 114, 124 schaltet, kann anhand der Stromrückmeldungen erkannt werden, über welchen Low-Side- Schalter 124, 224 der Strom 112, I22 zurückgeführt wird. Durch eine entsprechende Logik kann so festgestellt werden, ob es sich um einen Fehler handelt und entsprechend reagiert werden sollte. To determine switch positions (switches 114, 124, 214, 224). If, for example, the low-side paths through the second terminals 120, 220 of both control devices 100, 200 are controlled and a control device now switches its flight-side switch 114, 124, the current feedback can be used to identify via which low-side Switch 124, 224 the current 112, I22 is fed back. With a corresponding Logic can be used to determine whether it is an error and should be responded to accordingly.
Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. The features of the invention disclosed in the description, the claims and the figures can be essential for realizing the invention both individually and in any combination.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
10 Aktuator 10 actuator
100, 200, 500 Steuergerät(e) 100, 200, 500 control unit (s)
110, 210, 510 erster Terminal (z.B. High-Side) 110, 210, 510 first terminal (e.g. high-side)
112, 212, 512 erste Strommesseinrichtung(en) 112, 212, 512 first current measuring device (s)
113, 213, 513 Steueranschlüsse für erste Schalter 113, 213, 513 control connections for first switches
114, 214, 514 erste Schalter 114, 214, 514 first switches
120, 220, 520 zweiter Terminal (z.B. Low-Side) 120, 220, 520 second terminal (e.g. low-side)
122, 222 zweite Strommesseinrichtung(en) 122, 222 second current measuring device (s)
123, 223, 513, 523 Steueranschlüsse für zweite Schalter 123, 223, 513, 523 control connections for second switches
124, 224 zweite Schalter 124, 224 second switch
130 Auswerteschaltung 130 Evaluation circuit
140 Analyseeinheit 140 analysis unit
141 , 142, 143 Anschlüsse von Analyseeinheit 141, 142, 143 Connections from analysis unit
150 erste Spannungsversorgung 150 first power supply
160 Masse (oder Referenzpotential) 160 ground (or reference potential)
250 zweite Spannungsversorgung 250 second power supply
11 erster Strom (z.B. auf High-Side) 11 first stream (e.g. on high side)
I2 zweiter Strom (z.B. auf Low-Side) I2 second current (e.g. on low side)
I1_fail erster Fehlerstrom I1_fail first fault current
I2 fail zweiter Fehlerstrom I2 fail second fault current
R1_fail, R2_fail Fehlerwiderstände R1_fail, R2_fail error resistors
U1 , U2 Komparator(en) U1, U2 comparator (s)
M1 , M2, Q1 Transistoren M1, M2, Q1 transistors
S1 , S2 Stromsignale/Spannungswerte S1, S2 current signals / voltage values
DIFF Differenzsignal DIFF difference signal
R, L Widerstand, Induktivität (im Ersatzschaltbild des Aktuators)R, L resistance, inductance (in the equivalent circuit diagram of the actuator)
SHUNT_H, SHUNT_L Shunt-Widerstände SHUNT_H, SHUNT_L Shunt resistors

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Vorrichtung zur Stromsteuerung eines Aktuators (10), wobei die Vorrichtung zumindest ein Steuergerät (100, 200) mit einem ersten Terminal (110, 210), einem ersten Schalter (114, 124), einem zweiten Terminal (120, 220) und einen zweiten Schalter (124, 224) umfasst, um einen Stromfluss durch den Aktuator (10) über das erste Terminal (110, 210) und das zweite Terminal (120, 220) unabhängig voneinander zu steuern, 1. Device for current control of an actuator (10), wherein the device has at least one control device (100, 200) with a first terminal (110, 210), a first switch (114, 124), a second terminal (120, 220) and a second switch (124, 224) to control a current flow through the actuator (10) via the first terminal (110, 210) and the second terminal (120, 220) independently of one another,
gekennzeichnet durch marked by
eine erste Strommesseinrichtung (112) zur Messung eines ersten Stromes (11 ) durch das erste Terminal (110); und a first current measuring device (112) for measuring a first current (11) through the first terminal (110); and
eine zweite Strommesseinrichtung (122) zur Messung eines zweiten Stromes (I2) durch das zweite Terminal (120), a second current measuring device (122) for measuring a second current (I2) through the second terminal (120),
wobei die erste Strommesseinrichtung (112) und die zweite Strommesseinrichtung (122) in dem zumindest einen Steuergerät (100, 200) integriert sind, um Fehlerströme (I1_fail, I2_fail) erfassbar zu machen. wherein the first current measuring device (112) and the second current measuring device (122) are integrated in the at least one control device (100, 200) in order to make fault currents (I1_fail, I2_fail) detectable.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2. Device according to claim 1,
gekennzeichnet durch marked by
eine Auswerteeinheit (130, 140), die ausgebildet ist, um den ersten Strom (11 ) und den zweiten Strom (I2) zu vergleichen und ein Fehlersignal auszugeben, wenn der Vergleich auf den Fehlerstrom (I1_fail, I2_fail) hinweist. an evaluation unit (130, 140) which is designed to compare the first current (11) and the second current (I2) and to output an error signal if the comparison indicates the error current (I1_fail, I2_fail).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Fehlersignal von einem Differenzsignal (DIFF) zwischen dem ersten Strom (11 ) und dem zweiten Strom (I2) abhängt, 3. Device according to claim 2, wherein the error signal depends on a difference signal (DIFF) between the first current (11) and the second current (I2),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Auswerteeinheit (130, 140) ausgebildet ist, das Fehlersignal auszugeben, wenn das Differenzsignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. the evaluation unit (130, 140) is designed to output the error signal when the difference signal exceeds a predetermined threshold value.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Terminal (110) ein High-Side-Terminal ist und das zweite Terminal (120) ein Low-Side-Terminal ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strommesseinrichtung (1 12) einen Stromspiegel und einen ersten Shunt- Widerstand (SHUNT_H) zur Erzeugung eines ersten Spannungswertes (S1 ) aufweist; und 4. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the first terminal (110) is a high-side terminal and the second terminal (120) is a low-side terminal, characterized in that the first current measuring device (1 12) has a current mirror and a first shunt resistor (SHUNT_H) for generating a first voltage value (S1); and
die zweite Strommesseinrichtung (122) einen zweiten Shunt-Widerstand (SHUNT_L) zur Erzeugung eines zweiten Spannungswertes (S2) aufweist, the second current measuring device (122) has a second shunt resistor (SHUNT_L) for generating a second voltage value (S2),
wobei der Fehlerstrom auf eine Differenz (DIFF) des ersten Spannungswertes (S1 ) und des zweiten Spannungswertes (S2) basiert. wherein the fault current is based on a difference (DIFF) between the first voltage value (S1) and the second voltage value (S2).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zumindest eine Steuergerät (100, 200) ein erstes Steuergerät (100) und ein zweites Steuergerät (200) umfasst, die jeweils mit dem Aktuator (10) verbindbar sind und ausgebildet sind, um den Aktuator (10) unabhängig über schaltbare Terminals (1 10, 120, 210, 220) anzusteuern, 5. Device according to one of claims 1 to 4, wherein the at least one control device (100, 200) comprises a first control device (100) and a second control device (200) which can each be connected to the actuator (10) and are designed, to control the actuator (10) independently via switchable terminals (1 10, 120, 210, 220),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das erste Steuergerät (100) und das zweite Steuergerät (200) jeweils eine erste Strommesseinrichtung (1 12, 212) und eine zweite Strommesseinrichtung (122, 222) umfassen, um jeweils den ersten Strom (11 ) durch den jeweiligen ersten Terminal (1 10, 210) und den zweiten Strom (I2) durch den jeweiligen zweiten Terminal (120, 220) unabhängig zu erfassen. the first control device (100) and the second control device (200) each comprise a first current measuring device (1 12, 212) and a second current measuring device (122, 222) in order to measure the first current (11) through the respective first terminal (1 10 , 210) and the second current (I2) through the respective second terminal (120, 220) independently.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6. Apparatus according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das erste Steuergerät (100) als primäres Steuergerät konfiguriert ist und das zweite Steuergerät (200) als sekundäres Steuergerät konfiguriert ist, um ein gleichzeitiges Ansteuern des Aktuators (10) zu verhindern und bei einem Ausfall oder einem Fehler des ersten Steuergerätes (100) in einen sicheren Zustand überzugehen und die Ansteuerung des Aktuators (10) durch das zweite Steuergerät (200) zu ermöglichen. the first control device (100) is configured as a primary control device and the second control device (200) is configured as a secondary control device in order to prevent simultaneous activation of the actuator (10) and, in the event of a failure or a fault in the first control device (100) pass safe state and enable the control of the actuator (10) by the second control device (200).
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei das erste Steuergerät (100) und das zweite Steuergerät (200) einen ersten Schalter (1 14, 214) zum 7. Apparatus according to claim 5 or claim 6, wherein the first control device (100) and the second control device (200) have a first switch (1 14, 214) for
Durchschalten des jeweiligen ersten Terminals (1 10, 210) und einen zweiten Schalter (124, 224) zum Durchschalten des jeweiligen zweiten Terminals (120, 220) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit (130, 140) eine Logik (140) aufweist, die ausgebildet ist, um Switching through the respective first terminal (110, 210) and having a second switch (124, 224) for switching through the respective second terminal (120, 220), characterized in that the evaluation unit (130, 140) has a logic (140) which is designed to
Schalterstände der ersten und zweiten Schalter (114, 124, 214, 224) durch ein Messen von Strömen durch die beiden ersten Strommesseinrichtungen (112, 212) und durch die beiden zweiten Strommesseinrichtungen (122, 222) während folgender Schaltzustände festzustellen: Determine the switch status of the first and second switches (114, 124, 214, 224) by measuring currents through the two first current measuring devices (112, 212) and by the two second current measuring devices (122, 222) during the following switching states:
- beide ersten Schalter (114, 214) und eines der beiden zweiten Schalter (124, 224) sind geschlossen; oder - Both first switches (114, 214) and one of the two second switches (124, 224) are closed; or
- beide zweiten Schalter (124, 224) und eines der beiden ersten Schalter (114, - both second switches (124, 224) and one of the two first switches (114,
214) sind geschlossen. 214) are closed.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, 8. Device according to one of claims 5 to 7,
gekennzeichnet durch marked by
eine erste Spannungsversorgung (150) für das erste Steuergerät (100) und eine zweite Spannungsversorgung (250) für das zweite Steuergerät (200), die unabhängig von der ersten Spannungsversorgung (150) ist. a first voltage supply (150) for the first control device (100) and a second voltage supply (250) for the second control device (200), which is independent of the first voltage supply (150).
9. Elektronische Steuereinheit für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, gekennzeichnet durch 9. Electronic control unit for a vehicle, in particular for a commercial vehicle, characterized by
eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. an apparatus according to any preceding claim.
10. Nutzfahrzeug 10. Commercial vehicle
gekennzeichnet durch marked by
eine elektronische Steuereinheit nach Anspruch 9. an electronic control unit according to claim 9.
11. Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators (10) unter Nutzung von zumindest einem Steuergerät (100, 200) mit einem ersten Terminal (110, 210) und einem zweiten Terminal (120, 220), die unabhängig voneinander schaltbar sind, wobei der Aktuator (10) über das erste Terminal (110) und/oder das zweite Terminal (120) gesteuert wird, gekennzeichnet durch 11. A method for current control of an actuator (10) using at least one control device (100, 200) with a first terminal (110, 210) and a second terminal (120, 220), which can be switched independently of one another, wherein the actuator ( 10) is controlled via the first terminal (110) and / or the second terminal (120), characterized by
- Messen (S110), in dem zumindest einen Steuergerät (100, 200), eines ersten Stromes (11 ) durch das erste Terminal (110); und - Measuring (S110), in the at least one control device (100, 200), of a first stream (11) through the first terminal (110); and
- Messen (S120), in dem zumindest einen Steuergerät (100, 200), eines zweiten Stromes (I2) durch das zweite Terminal (120); und - Feststellen (S130) zumindest eines Fehlerstromes (I1_fail, I2_fail) basierend auf den gemessenen ersten Strom (11 ) und den unabhängig gemessenen zweiten Strom (I2). - Measuring (S120), in the at least one control device (100, 200), of a second current (I2) through the second terminal (120); and - Establishing (S130) at least one fault current (I1_fail, I2_fail) based on the measured first current (11) and the independently measured second current (I2).
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